1、可燃冰的识别与开采技术研究 陆晶 长春科技学院,基础部 吉林大学,数学学院 摘 要： 说到能源, 人们立即会想到能燃烧的煤, 石油或天然气。在 20 世纪 60 年代, 人们在海洋深处及冻土带发现了一种能够燃烧的冰, 这种冰在地质上称为天然气水合物。本文主要介绍了可燃冰的组成、矿藏特点, 我国可燃冰的分布, 地球上可燃冰的储量及可燃冰的调查、开采。由此可见可燃冰作为一种新能源具有很大的开发应用前景。关键词： 可燃冰; 天然气水合物; 新能源; 开采; 作者简介：陆晶:长春科技学院, 基础部;吉林大学, 数学学院。一、什么是可燃冰可燃冰又叫天然气水合物、固体瓦斯、笼形包合物, 英文为 Natur
2、al Gas Hydrate.它是一种能够燃烧、供暖的一种特殊的冰。它是由水、天然气在高压和低温的条件下结晶后形成的固态笼状化合物。天然气水合物是一种固体物质, 白色, 外形像冰, 燃烧力很强, 可以当作优质的能源使用。它主要由烃类气体分子 (甲烷) 还有水分子组成, 因而也叫做甲烷水合物。一般情况下温度低于0 至 10, 而压力却要高于 10MPa, 万一温度升高了或者压力降低了, 甲烷气就会逸出去, 这样固体的水合物便会消失。如果是在常温常压下, 可燃冰会被分解成水与甲烷。二、可燃冰的分布和储量可燃冰的分布非常广泛, 不仅在地球上存在可燃冰, 在许多天体中也存在可燃冰。在地球上, 浩瀚的海
3、洋之中, 有大约 90%的面积是存在形成可燃冰的潜在地区的条件的, 而大约有 27%的陆地也存在这样的潜在地区的条件。已经发现的可燃冰主要在北极地区的永久冻土区和世界范围内的海底、陆坡、陆基及海沟中。大西洋的 85%、太平洋的 95%、印度洋的 96%的面积均含有可燃冰。目前已经全球至少有 116 个地区发现了天然气水合物, 其中陆地永久冻土带 38 处, 海洋 78 处。一般来说, 除了在高纬度地区出现的与永久冻土带相关的可燃冰之外, 在海底发现的可燃冰一般存在水深 300 米至 500 米以下, 而且主要分布在盆地的表层沉积物、陆坡、岛屿和沉积岩中, 也可以以颗粒的形式分散在海底。这些地点
4、的温度和压力条件使得天然气水合物的结构保持稳定。在我国的海洋中, 埋藏着数量巨大的可燃冰, 根据已有资料判断, 我国南海蕴藏着丰富的可燃冰。据估计南海可燃冰储量大约在 700 亿吨左右。我国东海和台湾海域也存在可燃冰。2004 年 7 月, “中国陆域永久冻土带天然气水合物资源远景调查”地质调查项目在中国地质调查局设立了, 项目由中国地质大学、北京大学、中国地质科学院矿产资源研究所、国家地质实验测试中心、吉林大学等单位来承担。2007 年我国陆域永久冻土带天然气水合物资源远景调查获得初步成果。该项目对我国冻土带可燃冰的成矿条件、异常标志、找矿前景等进行了综合研究, 为我国冻土区可燃冰找矿部署提
5、供了坚实的基础。三、可燃冰的识别与调查技术科学家通过各种现代化的技术手段来识别可燃冰:通过底质沉积物取样、钻探取样和深浅考察等方式直接识别可燃冰;通过拟海底反射层、速度和振幅异常结构、地球化学异常、多波速测深与海底电视摄像等方式间接识别;通过海底特殊的地形地貌、生物活动等来识别可燃冰。可燃冰的调查技术手段较多:地震地球物理探查、流体地球化学探查、电磁探测、海底微地貌勘测、海底热流探查、海底地质取样、深海钻探等等。这些技术都是目前正在应用的主要技术手段, 还有待于进一步探索和完善。目前正在开发一些特殊处理技术, 用来获取深水区浅层高信噪比、高分辨率、高保真的地震数据。研究水合物沉积层, 建立岩石
6、的物理模型, 研究下伏游离气体的弹性性质及特征, 还有矢量波动方程的多弹性参数, 从而估算水合物的数量和分布。随着科技的不断发展, 这些技术手段必将得到进一步的完善和提高。四、可燃冰的开采可燃冰最主要的成分是甲烷, 燃烧后它没有污染, 可以说是一种绿色的新型能源。从储量、分布和应用前景来看, 它是石油天然气、煤等能源的接替能源。但是要开采、开发这个新能源并不容易。可燃冰需要低温高压, 所以它主要存在于海底大陆坡中与冻土层中。这些特殊的温度和压力条件, 使得可燃冰的实物样本采集非常困难, 高超的技术和先进的设备是不可少的, 同时地质钻探、航海、样品取存等也很困难。可燃冰的开采可以说是世界的一道难
7、解之题。2007 年 3 月, 在加拿大西北部海域, 德国、美国、日本的几家公司和科研机构进行了一次联合试验开采。打了一口一直通到可燃冰层的 1200 米左右的钻井, 再将温水注入井里, 这样可燃冰中的甲烷就在温水中溶解了, 他们再把溶有了甲烷的温水抽回到地面上, 进行水气分离, 最后得到甲烷。这次开采应用了国际上最先进的开采技术, 也代表了人类开采可燃冰的最尖端的技术成果。这种开采存在的缺点是开采过程要对两次分离甲烷而且还需要大量温水加热。所以大规模开采可燃冰不能采用此方法。开采可燃冰还可能引发一些问题, 比如海底滑坡、海水毒化、温室效应、地质灾害等等。目前很多科学家认为, 可燃冰中的甲烷会
8、对我们生活的气候产生重大的影响。目前存在大气中的甲烷的含量相对比较少, 可是它的温室效应要比二氧化碳大很多很多。我们开采可燃冰可能会导致大量的甲烷气体释放到大气当中, 据测算, 在 20 年的期间内甲烷全球变暖的潜能相当于二氧化碳的 56 倍。五、结论可燃冰作为一种新能源具有很大的开发应用前景, 但如果开采不当也会给人们带来一定的危害。目前, 全世界开发和使用可燃冰资源的技术还不成熟, 大量开采还需要很长一段时间, 对可燃冰的钻井方法的研究非常关键。所以, 我们要抓紧一切时间大力开展室内外的可燃冰分解与合成的方法以及钻采方法的研究。参考文献1陈光进.气体水合物科学与技术.北京:化学工业出版社, 2007. 2金庆焕.天然气水合物资源概论.北京:科学出版社, 2006. 3宋岩.天然气水合物研究和勘探现状.天然气地球科学, 2001. 4李代广.神秘的可燃冰.北京:化学工业出版社, 2009. 5宋玉春.可燃冰点燃全球能源新梦想.中国石油和化工, 2007.
